多角度理解Layer 2生态:概念、扩容方案及代表项目

Layer 2的技术创新以及快速的发展,同时也在推动了DeFi市场、NFT和虚拟世界等的发展,在提高网络吞吐量、减少开发者的工作量和交易效率等中,象征着Layer 2是以太坊扩展的未来

撰文:Footprint分析师Vincy(vincy@footprint.network)

日期:2021年12月

 

 

据Footprint Analytics最新数据显示,第四季度的以太坊Layer 2总锁仓量(或TVL)较第三季度增幅600%,于11月25日突破71.7亿美元的峰值。截止当前TVL最高是Arbitrum(24亿美元),其次是dYdX(9.8亿美元),Boba Network以7.7亿美元的TVL位居第三。

 

2021122703454183 Footprint Analytics:Layer 2 TVL

2021122703460270 Footprint Analytics:TVL Share by Layer 2 Protocols

 

随着以太坊网络用户量的与日俱增,网络拥堵以及高gas费成为各应用的首要问题,市场对以太坊网络的需求逐渐加大,缓解该问题也就成了重中之重。于10月26日,以太坊创始人V神在会上发表《通往以Layer 2为中心的以太坊之路》,意味着Layer 2是以太坊扩展的未来。

 

Layer 2的概念

 

在数据增大且网络拥堵的情况下,通过扩大容量,缓解当前所受的压力,Layer的概念就油然而生。Layer 2是一个为提升以太坊网络(Layer 1)性能的整体扩容解决方案。

 

关于区块链的扩容主要分为两个方向:Layer 1和Layer 2

 

  • Layer 1:改进公链本身以提升性能,即链上扩容,包含增加区块大小(或数据结构)、分片技术和隔离见证,能提高交易处理能力的解决方案;
  • Layer 2:不直接改动Layer 1(主链)的区块大小等规则,而是构建一个链下的二层(即 Layer 2),包括状态通道、侧链、Plasma和Rollup,在二层处理部分交易以分担主链的压力,在必要时和主链进行交互,即链下扩容。

 

Layer 1和Layer 2之间存在什么联系?它们好比母公司与子公司的关系,把一些以太坊上的交易数据请求跨链到Layer 2处理,处理完后Layer 2返回交易信息跨链到Layer 1,减轻Layer 1的交易压力,实现低gas费的交易结果,这是Layer 2的主要核心技术要点。

 

除此之外,Layer 2是对Layer 1的扩展,突破Layer 1的原有功能的限制,在不影响Layer 1本身的特性上,还继承了以太坊的安全性。

 

Layer 2主要的扩容解决方案

 

早期的Layer 2是以状态通道和侧链两大方向去摸索,但在摸索的过程中发现,状态通道无法做到去中心化以及匿名性的隐私保护需求,侧链的资产控制权在链下,对资产安全性有很大的隐患,因此它们不是Layer 2中最好的扩容解决方案。

 

而好的解决方案是需要是保持数据的安全性、交易真实且匿名性以及短期的退出周期等需求,而Layer 2也抓住这些特性不断地加以完善扩容功能。

 

2021122703460362Footprint Analytics:Layer 2 Network TVL Growth Rate

 

据Footprint Analytics显示,当前Layer 2共有19个项目,包括有DEX类型以及其他网络等,它们仍然是加密领域中最值得关注的趋势,从年初到至今,总TVL涨幅11400%,Layer 2增长快速与Layer 2的扩容技术调整后方案有直接的关系,当前主要有4种扩容方案,分别为Plasma、Optimistic Rollup、ZK Rollup和Validium。

 

2021122703460466Footprint Analytics:Layer 2 TVL Protocols(Latest Day)

 

1. Plasma相对保障资产安全性,信息不可用成为阻碍 

 

Plasma是链下扩容解决方案,依赖主链交互最少的链下交易,它使用子链向根链(即以太坊)报告方式来增加交易吞吐量(系统在单位时间内处理请求的数量)

 

Plasma是OMGX Network最早提出Layer 2概念的以太坊扩容项目之一,它的工作原理为以下几点:

 

  • 先在以太坊外构建Plasma链,用户将资产从以太坊上转移到Plasma链上,这个过程需要将主链资产发送到管理Plasma链的智能合约,该资产就可进入Plasma链中进行交互;
  • 每隔一段时间,Plasma链上操作者(即Plasma链上维护者)会对该时间段内的交易进行批量处理,生成一个区块;
  • Plasma链上操作者会将计算结果返回到主链上,并将资产交易的状态发送给资产当前所有者。

 

Plasma链扩容解决方案的突破点在于它保障资产相对安全,即使在链下环境不可用时,也能在主链上提取交易结果,从而更好提高主链交易吞吐量;另外还减少与主链的交互,降低交易gas费。

 

但是,Plasma机制并非完美,其存在的问题也比较明显:

 

  • 数据不可用。主链无法获取所有链下数据,只能通过根哈希(一种典型的二叉树结构,由一个根节点、一组中间节点和一组叶节点组成)进行简单验证;
  • 退出周期长。因不具备主链数据可用性,导致退出机制比较复杂,需要更长的周期进行欺诈证明,导致提取资金周期更久,约7-14天之上;
  • 通用性拓展难。在技术框架下限定子链的数据结构,加大难度。

 

代表项目:OMG Network使用Plasma的扩容方案

 

据Footprint Analytics显示,当前OMG Network的TVL为310万美元,位居Layer 2项目中排名14,相对其他项目体量较小,且从趋势上来看,属于停滞不前的项目。

 

但随着Layer 2网络中Optimistic Rollup等新方案不断涌现,OMG Network的定位方向逐渐削弱,通过升级品牌且采用Optimistic Rollup扩容解决方案重回战场,从而得到更多发展的机会。

 

Optimistic Rollup(欺诈证明)及ZK Rollup(零知识证明)通过验证交易包的真实性,从根本上解决Plasma数据不可用的问题。

 

2. Optimistic Rollup压缩上链交易数据,但验证效率低下

 

Optimistic Rollup是Optimistic合约和链上数据可用性组合而成,选择相信操作者提交的交易包真实性,对欺诈行为作出处罚。

 

它的操作原理是,当Layer 2计算结果返回Layer 1时,如果验证者认为结果可能存在欺诈行为,那么验证者就可以发起挑战,主链冻结资产,进行交易数据和记录验证,证明其是真实的交易还是欺诈的交易。另外,如没有验证者怀疑该计算结果,主链默认交易是真实的。

 

这种模式提高了上链效率,将多笔交易打包操作,节约时间和节省gas费,拥有较强的兼容性,减少开发者的工作量,更好解决以太坊网络拥堵的痛点。

 

其缺点是:

    • 验证效率低。验证欺诈证明机制使得资产存入和转出需等待较长的质疑期;
    • 资金可能会被冻结。如果验证者认为结果存在欺诈行为,容易被主链冻结资产;
  • 扩容程度不及ZK Rollup。交易压缩率相对较低

 

代表项目:Arbitrum、Boba Network多个项目使用Optimistic Rollup的扩容方案

 

据Footprint Analytics显示,当前Arbitrum链是Layer 2的龙头,而Boba Network是近一个月以来新兴网络,增长快速。它们使用Optimistic Rollup扩容解决方案,可以实现高吞吐量,让开发者以低成本部署,运营智能合约,同时可以保持无需信任的安全性。

 

3. ZK Rollup高度去中心化,开发难度高

 

ZK Rollup是通过在单笔交易中对大量资金转移进行集中处理以提升扩容性。 Plasma在每次发生资金转移时都会创建一笔交易,而ZK-Rollups则将数百次转移都捆绑在一笔交易中。 

 

相较于Optimistic Rollup,ZK Rollup交易压缩率更高。体现于它通过零知识证明验证交易包的真实性,操作者能在不向验证者提供任何有用的信息情况下,使验证者相信某个论断是正确的。具体的操作如下:

  • 用户转入并锁定资产,Layer 2添加账户资产信息; 
  • 在Rollup网络中,用户签名并发送交易;
  • 操作者收集交易,批量打包,生成零知识证明;
  • 操作者将交易包和零知识证明广播到主链;
  • 智能合约通过零知识证明验证交易包的真实性,更新数值,执行转账操作。

 

其优点是:

  • 实现去中心化;
  • 上链效率高。交易压缩率更高;
  • 验证效率高。没有验证等待期;
  • 安全性以及隐私性更优。零知识证明不透露交易细节,ZK Rollup技术保证了提交给主链的数据真实有效。

 

其缺点是:

  • 生成零知识证明过程复杂;
  • 应用定制化开发难度大,兼容性低。

 

代表项目:dYdX采用ZK Rollup技术方案

 

dYdX在为交易加密资产建立一个强大而专业的交易所,让用户可以真正拥有自己的交易,并最终拥有交易所本身。

 

2021122703460587Footprint Analytics:dYdX TVL

2021122703460617Footprint Analytics:DYDX Token Price

 

其作为DeFi衍生品龙头,也是ZK Rollup技术最早采用者之一。整体的数据表现:继8月份以来,TVL持续上涨的态势稳住Layer 2项目的前2名,当前TVL为9.76亿美元,其Token(DYDX)价格有所下降趋势,当前为9.04美元,市值为5.7亿美元。

 

4. Validium是混合扩容解决方案,安全性较低

 

Validium是混合扩容解决方案,能让用户能够在ZK Rollup模式和Validium模式之间进行选择。但区别于ZK Rollup,Validium的数据保持在链下,而ZK Rollup的数据可用性是在链上。

 

Validium可能更适合对无需信任要求没那么高的应用(譬如游戏DApp),而ZK Rollup更适合于对安全要求较高的支付和交易所等场景。

 

代表项目:DeversiFi和ImmutableX采用Validium技术方案

 

2021122703460686Footprint Analytics:DeversiFi TVL & ImmutableX TVL

 

DeversiFi,声称是在以太坊上获得DeFi机会的最简单方法:投资、交易和发送Token而无需支付gas费用,当前最大的基于Validium的去中心化交易所,据Footprint Analytics显示,于12月4日,TVL突破1亿之上创历史新高。

 

ImmutableX,是以太坊上NFT的第一个第2层,承诺为游戏、应用程序、市场提供零gas费以及即时交易可扩展性的项目。当前位居Layer 2排名第7位。

 

总结

 

Layer2扩容解决方案经过多年的更新迭代,实现在以太坊上扩容的安全方案,缓解以太坊网络的拥堵和高gas费等问题,成为了解决区块链技术规模化应用的主流技术方案,每种方案都有自身的优势和劣势,但每个Layer 2项目都根据自身情况去开发相应的技术,从而实现其最大的价值。

 

Layer 2的技术创新以及快速的发展,同时也在推动了DeFi市场、NFT和虚拟世界等的发展,在提高网络吞吐量、减少开发者的工作量和交易效率等中,象征着Layer 2是以太坊扩展的未来。

 

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